JP3362700B2

JP3362700B2 - 走査露光方法、走査型露光装置、及び前記方法を用いるデバイス製造方法

Info

Publication number: JP3362700B2
Application number: JP16615199A
Authority: JP
Inventors: 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2003-01-07
Anticipated expiration: 2018-01-07
Also published as: JP2000003864A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばオートフォーカ
ス機構又はオートレベリング機構を備えたスリットスキ
ャン露光方式の投影露光装置に使用して好適な走査露光
方法、走査型露光装置、及びその方法を使用するデバイ
ス製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気
ヘッド等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フ
ォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称す
る）のパターンを感光材が塗布された基板（ウエハ、ガ
ラスプレート等）上に転写する投影露光装置が使用され
ている。従来の投影露光装置としては、ウエハの各ショ
ット領域を順次投影光学系の露光フィールド内に移動さ
せて、各ショット領域に順次レチクルのパターン像を露
光するというステップ・アンド・リピート方式の縮小投
影型露光装置（ステッパー）が多く使用されていた。

【０００３】図２０は従来のステッパーの要部を示し、
この図２０において、図示省略された照明光学系からの
露光光ＥＬのもとで、レチクル５１上のパターンの像が
投影光学系５２を介してフォトレジストが塗布されたウ
エハ５３上の各ショット領域に投影露光される。ウエハ
５３は、Ｚレベリングステージ５４上に保持され、Ｚレ
ベリングステージ５４はウエハ側ＸＹステージ５５の上
に載置されている。ウエハ側ＸＹステージ５５は、投影
光学系５２の光軸ＡＸ１に垂直な平面（ＸＹ平面）内で
ウエハ５３の位置決めを行い、Ｚレベリングステージ５
４は、ウエハ５３の露光面のフォーカス位置（光軸ＡＸ
１に平行な方向の位置）及びその露光面の傾斜角を指定
された状態に設定する。

【０００４】また、Ｚレベリングステージ５４上に、移
動鏡５６が固定されている。外部のレーザ干渉計５７か
らのレーザビームがその移動鏡５６で反射され、ウエハ
側ＸＹステージ５５のＸ座標及びＹ座標がレーザ干渉計
５７により常時検出され、これらＸ座標及びＹ座標が主
制御系５８に供給されている。主制御系５８は、駆動装
置５９を介してウエハ側ＸＹステージ５５及びＺレベリ
ングステージ５４の動作を制御することにより、ステッ
プ・アンド・リピート方式でウエハ５３上の各ショット
領域に順次レチクル５１のパターン像を露光する。

【０００５】この際、レチクル５１上のパターン形成面
（レチクル面）とウエハ５３の露光面とは投影光学系５
２に関して共役になっている必要があるが、投影倍率が
高く、焦点深度が大きい為にレチクル面はあまり変動し
ない。そこで、従来は一般に、斜め入射型の多点のフォ
ーカス位置検出系によってウエハ５３の露光面が投影光
学系５２の像面に焦点深度の範囲内で合致しているかど
うか（合焦しているかどうか）のみを検出し、ウエハ５
３の露光面のフォーカス位置及び傾斜角の制御を行って
いた。

【０００６】従来の多点のフォーカス位置検出系におい
て、露光光ＥＬとは異なりウエハ５３上のフォトレジス
トを感光させない照明光が、図示省略された照明光源か
ら光ファイバ束６０を介して導かれている。光ファイバ
束６０から射出された照明光は、集光レンズ６１を経て
パターン形成板６２を照明する。パターン形成板６２を
透過した照明光は、レンズ６３、ミラー６４及び照射対
物レンズ６５を経てウエハ５３の露光面に投影され、ウ
エハ５３の露光面にはパターン形成板６２上のパターン
の像が光軸ＡＸ１に対して斜めに投影結像される。ウエ
ハ５３で反射された照明光は、集光対物レンズ６６、回
転方向振動板６７及び結像レンズ６８を経て受光器６９
に受光面に再投影され、受光器６９の受光面には、パタ
ーン形成板６２上のパターンの像が再結像される。この
場合、主制御系５８は加振装置７０を介して回転方向振
動板６７に後述のような振動を与え、受光器６９の多数
の受光素子からの検出信号が信号処理装置７１に供給さ
れ、信号処理装置７１は、各検出信号を加振装置７０の
駆動信号で同期検波して得た多数のフォーカス信号を主
制御系５８に供給する。

【０００７】図２１（ｂ）は、パターン形成板６２上に
形成された開口パターンを示し、この図２１（ｂ）に示
すように、パターン形成板６２上には十字状に９個のス
リット状の開口パターン７２−１〜７２−９が設けられ
ている。それらの開口パターン７２−１〜７２−９はウ
エハ５３の露光面に対してＸ軸及びＹ軸に対して４５°
で交差する方向から照射されるため、ウエハ５３の露光
面上の投影光学系５２の露光フィールド内での、それら
開口パターン７２−１〜７２−９の各投影像ＡＦ１〜Ａ
Ｆ９は図２１（ａ）に示すような配置になる。図２１
（ａ）において、投影光学系５２の円形の照明視野に内
接して最大露光フィールド７４が形成され、最大露光フ
ィールド７４内の中央部及び２個の対角線上の計測点Ａ
Ｆ１〜ＡＦ９にそれぞれスリット状の開口パターンの投
影像が投影されている。

【０００８】図２１（ｃ）は、受光器６９の受光面の様
子を示し、この図２１（ｃ）に示すように、受光器６９
の受光面には十字型に９個の受光素子７５−１〜７５−
９が配置され、各受光素子７５−１〜７５−９の上には
スリット状の開口を有する遮光板（図示省略）が配置さ
れている。そして、図２１（ａ）の各計測点ＡＦ１〜Ａ
Ｆ９上の像がそれぞれ受光器６９の各受光素子７５−１
〜７５−９の上に再結像されている。この場合、図２０
のウエハ５３の露光面（ウエハ面）で反射された照明光
は、集光対物レンズ６６の瞳位置に存在すると共に図２
０の紙面にほぼ垂直な軸の回りに振動（回転振動）する
回転方向振動板６７に反射されるため、図２１（ｃ）に
示すように、受光器６９上では各受光素子７５−１〜７
５−９上に再結像される投影像の位置がスリット状の開
口の幅方向であるＲＤ方向に振動する。

【０００９】また、図２１（ａ）の各計測点ＡＦ１〜Ａ
Ｆ９上のスリット状の開口の像は、投影光学系５２の光
軸に対して斜めに投影されているため、ウエハ５３の露
光面のフォーカス位置が変化すると、それら投影像の受
光器６９上での再結像位置はＲＤ方向に変化する。従っ
て、信号処理装置７１内で、各受光素子７５−１〜７５
−９の検出信号をそれぞれ回転方向振動板６７の加振信
号で同期検波することで、計測点ＡＦ１〜ＡＦ９のフォ
ーカス位置にそれぞれ対応する９個のフォーカス信号が
得られる。そして、９個のフォーカス位置から、露光フ
ィールド７４の平均的な面の傾斜角及びその平均的な面
のフォーカス位置が求められて主制御系５８に供給さ
れ、主制御系５８は、駆動装置５９及びＺレベリングス
テージ５４を介してウエハ５３の当該ショット領域のフ
ォーカス位置及び傾斜角（レベリング角）を所定の値に
設定する。このようにして、ステッパーにおいては、ウ
エハ５３の各ショット領域においてフォーカス位置及び
傾斜角が投影光学系５２の像面に合わせ込まれた状態
で、それぞれレチクル５１のパターン像が露光されてい
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体素子等に
おいてはパターンが微細化しているため、投影光学系の
解像力を高めることが求められている。解像力を高める
ための手法には、露光光の波長の短波長化、又は投影光
学系の開口数の増大等の手法があるが、何れの手法を用
いる場合でも、従来例と同じ程度の露光フィールドを確
保しようとすると、露光フィールドの全面で結像性能
（ディストーション、像面湾曲等）を所定の精度に維持
することが困難になってきている。そこで現在見直され
ているのが、所謂スリットスキャン露光方式の投影露光
装置である。

【００１１】このスリットスキャン露光方式の投影露光
装置では、矩形状又は円弧状等の照明領域（以下、「ス
リット状の照明領域」という）に対してレチクル及びウ
エハを相対的に同期して走査しながら、そのレチクルの
パターンがウエハ上に露光される。従って、前記スリッ
ト状の照明領域と共役な領域内で像が平均化され、ディ
ストーション精度が向上するという利点があった。

【００１２】また、従来のレチクルの大きさの主流は６
インチサイズであり、投影光学系の投影倍率の主流は１
／５倍であったが、半導体素子等の回路パターンの大面
積化により、倍率１／５倍のもとでのレチクルの大きさ
は６インチサイズでは間に合わなくなっている。そのた
め、投影光学系の投影倍率を例えば１／４倍に変更した
投影露光装置を設計する必要がある。そして、このよう
な被転写パターンの大面積化に対して投影光学系の露光
フィールド径を小さくする事ができるスリットスキャン
露光方式がコスト面に於いても有利である。

【００１３】斯かるスリットスキャン露光方式の投影露
光装置において、従来のステッパーで用いられていた多
点型のフォーカス位置検出系をそのまま適用して、ウエ
ハ上の露光面のフォーカス位置及び傾斜角を計測したと
しても、ウエハが所定の方向に走査されているため、実
際の露光面を投影光学系の像面に合わせ込むことが困難
であるという不都合があった。即ち、従来はスリットス
キャン露光方式の投影露光装置において、ウエハのフォ
ーカス位置及び傾斜角を投影光学系の像面に合わせ込む
ための手法が確率されていなかった。

【００１４】本発明は斯かる点に鑑み、スリットスキャ
ン露光方式の投影露光装置において、感光基板上の各シ
ョット領域の表面（露光面）と投影光学系の像面との位
置合わせを高精度に行うことができる走査露光方法を提
供することを第１の目的とする。更に本発明は、その走
査露光方法を実施できる走査型露光装置、及びその走査
露光方法を使用して高精度にデバイスを製造できるデバ
イス製造方法を提供することを第２の目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による走査露光方
法は、露光ビームに対して第１物体を第１方向へ移動す
るのに同期して、投影系を通過した露光ビームに対して
第２物体を第２方向へ移動することにより、その第２物
体を走査露光する走査露光方法において、その第２物体
上の複数のショット領域のうちの一つのショット領域の
走査露光終了後、次のショット領域に対する走査露光を
開始する前から、その投影系の光軸方向に関するその第
２物体の位置に関する情報を、その投影系を通過した露
光ビームの照射領域から離れた検出点で検出するもので
ある。

【００１６】また、本発明による第１の走査型露光装置
は、露光ビームに対して第１物体を移動するのに同期し
て、投影系を通過した露光ビームに対して第２物体を移
動することにより、その第２物体を走査露光する走査型
露光装置において、その走査露光のためにその第２物体
を保持して移動するステージと、その投影系を通過した
露光ビームの照射領域から離れた検出点で、そのステー
ジに保持された第２物体の移動中に、その投影系の光軸
方向に関するその第２物体の位置に関する情報を検出す
る検出手段と、そのステージに保持された第２物体の移
動中に、その投影系の光軸とほぼ垂直な面内におけるそ
のステージの位置を計測する計測手段と、そのステージ
に保持された第２物体の移動中に、その検出手段の検出
結果をその第２物体の移動方向に関するそのステージの
位置と対応させて記憶する記憶手段と、を有するもので
ある。

【００１７】また、本発明による第２の走査型露光装置
は、露光ビームに対して第１物体を移動するのに同期し
て、投影系を通過した露光ビームに対して第２物体を移
動することにより、その第２物体を走査露光する走査型
露光装置において、その走査露光のためにその第２物体
を保持して移動するステージと、その投影系を通過した
露光ビームの照射領域から離れた検出点で、そのステー
ジに保持された第２物体の移動中に、その投影系の光軸
方向に関するその第２物体の位置情報を検出するととも
に、その検出された位置情報をそのステージの位置を基
準としてサンプリングする検出手段と、を有するもので
ある。

【００１８】次に、本発明による第１のデバイス製造方
法は、本発明の走査露光方法を用いるものである。ま
た、本発明による第２のデバイス製造方法は、本発明の
走査型露光装置を用いるものである。

【００１９】

【作用】斯かる本発明によれば、次のショット領域への
走査露光の開始前から第２物体の投影系の光軸方向の位
置情報（フォーカス位置）の検出を開始している。従っ
て、そのショット領域へ走査露光開始時には、そのショ
ット領域の表面を高精度に像面に合わせ込むことができ
る。更に、本発明においては、一例として第１物体とし
てのマスク（１２）及び第２物体としての感光基板
（５）を同期して走査して感光基板（５）上にマスク
（１２）のパターン像を露光する際に、例えばその走査
の方向の手前の計測点を含む複数の計測点でその多点計
測手段を用いて感光基板（５）の高さを計測する。そし
て、それら複数の計測点でそれぞれ走査の方向に沿って
複数回高さ情報を得ることにより、感光基板（５）の傾
斜角を求める。その後、そのように傾斜角が求められた
領域にマスク（１２）のパターン像を露光する際に、予
め求めた傾斜角に基づいてその領域の傾斜角を設定す
る。これにより、スリットスキャン露光方式でも感光基
板（５）の露光面が投影光学系（８）の像面に平行に設
定される。

【００２０】また、本発明ではそのようなレベリングを
行う際に、スキャン方向のレベリングの応答速度と、非
スキャン方向レベリングの応答速度とが異なっている。
これによる作用効果につき説明するため、スリットスキ
ャン露光時のフォーカシング及びレベリングの誤差要因
について説明する。スリットスキャン露光方式の露光装
置では、以下の誤差が考えられる。フォーカスオフセット誤差及び振動誤差フォーカスオフセット誤差とは、露光面の平均的な面と
投影光学系の像面とのフォーカス位置の差であり、振動
誤差とは走査露光する際の基板側ステージのフォーカス
方向の振動等に起因する誤差である。これについて、オ
ートフォーカス制御だけを行うものとして、ステッパー
のように一括露光する場合と、スリットスキャン露光方
式で露光する場合とに分けてより詳細に説明する。

【００２１】図１４（ａ）は一括露光する場合、図１４
（ｂ）はスリットスキャン露光方式で露光する場合を示
す。図１４（ａ）においては、感光基板の露光面５ａの
平均的な面３４が投影光学系の像面に合致しているが、
位置Ｙａ，Ｙｂ及びＹｃのフォーカス位置はそれぞれ一
定の平均的な面３４に対して、−ΔＺ１，０及びΔＺ２
だけ異なっている。従って、位置Ｙａ及びＹｂにおける
フォーカスオフセット誤差はそれぞれ−ΔＺ１及びΔＺ
２である。

【００２２】一方、図１４（ｂ）の場合には、スキャン
方向に対して露光面５ａ上の一連の部分的な平均面３５
Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，‥‥が順次投影光学系の像面に合
わせ込まれる。従って、各位置Ｙａ，Ｙｂ及びＹｃでの
フォーカスオフセット誤差はそれぞれ平均化効果で０と
なる。しかし、位置Ｙｂ上の像を形成するのに、平均面
３５Ｂから平均面３５Ｄまでの高さΔＺＢの間をフォー
カス位置が移動するので、位置Ｙｂ上の像は、ΔＺＢだ
けフォーカス方向にばらつきを持った像になってしま
う。同様に、位置Ｙａ及びＹｃ上の像はそれぞれフォー
カス方向にΔＺＡ及びΔＺＢだけばらつきを持った像に
なる。

【００２３】即ち、スリットスキャン露光方式において
は、フォーカスオフセット誤差はある一定周波数以下の
感光基板面の凹凸に対しほぼ０になるが、基板側ステー
ジのローリング、ピッチング、フォーカス方向（Ｚ軸方
向）の振動、低周波空気揺らぎ誤差にオートフォーカス
機構及びオートレベリング機構が追従してしまうことに
よる誤差成分、露光光（ＫｒＦエキシマレーザ光等）の
短期の波長変動等が、新たな誤差（振動誤差）を生ず
る。

【００２４】フォーカス追従誤差、空気揺らぎ誤差、
ステージ振動誤差で言及した振動誤差の内の代表的な例であり、これら
はオートフォーカス機構及びオートレベリング機構の応
答周波数に依存するが、更に以下の誤差に分類できる。 (1) 制御系で制御出来ない高周波ステージ振動誤差、露
光光（ＫｒＦエキシマレーザ光等）の短期の波長変動誤
差等、(2) 空気揺らぎ誤差の中で、基板側ステージが追
従してしまう低周波空気揺らぎ誤差等、(3) フォーカス
位置検出系又は傾斜角検出系の測定結果には含まれる
が、基板側ステージが追従しないので、フォーカス誤差
にならない測定誤差等。

【００２５】感光基板の露光面の凸凹による誤差この誤差は、投影光学系による露光フィールドが２次元
的な面単位であり、感光基板の露光面でのフォーカス位
置の計測を有限個の計測点で且つスリットスキャン露光
時に行うことに起因する誤差であり、以下の２つの誤差
に分類できる。 (1) 例えば図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、感光
基板の露光面５ａ上の多点でフォーカス位置を計測して
位置合わせ対象面（フォーカス面）３６Ａ及び３６Ｂを
求める場合の計測点の位置に対する演算方法に起因す
る、そのフォーカス面３６Ａと理想フォーカス面とのず
れの誤差、(2) スキャン速度とオートフォーカス機構及
びオートレベリング機構の追従速度との差、フォーカス
位置検出系の応答速度等による誤差。

【００２６】この場合、フォーカス位置を投影光学系の
像面に合わせる場合の応答速度（フォーカス応答）は、
図１５（ｃ）に示すような時間遅れ誤差と、図１５
（ｄ）に示すようなサーボゲインとにより決定される。
即ち、図１５（ｃ）において、曲線３７Ａは、感光基板
の露光面５ａの一連の部分領域を順次投影光学系の像面
に合わせるためのフォーカス方向用の駆動信号（目標フ
ォーカス位置信号）を示し、曲線３８Ａは、露光面５ａ
の一連の部分領域のフォーカス方向への移動量を駆動信
号に換算して得られた信号（追従フォーカス位置信号）
を示す。曲線３７Ａに対して曲線３８Ａは一定の時間だ
け遅れている。同様に、図１５（ｄ）において、曲線３
７Ｂは、感光基板の露光面５ａの一連の部分領域の目標
フォーカス位置信号、曲線３８Ｂは、露光面５ａの一連
の部分領域の追従フォーカス位置信号であり、曲線３７
Ｂに対して曲線３８Ｂの振幅（サーボゲイン）は一定量
だけ小さくなっている。

【００２７】本発明では、これらの誤差を取り除く為
に、レベリング機構のスキャン方向の応答性と非スキャ
ン方向の応答性とを変えている。本発明におけるオート
レベリング機構用の多点計測手段としては、斜入射型の
多点のフォーカス位置検出系を前提とする。また、投影
光学系の露光フィールド内の所定の領域での感光基板の
露光面の平均的な面を考慮するのではなく、その所定の
領域での露光面の各点と投影光学系の像面とのずれの最
大値を最小にすることを目標とする。このように、投影
光学系の露光フィールド内の所定の領域において、感光
基板の露光面のほぼ全ての点と投影光学系の像面とのず
れの最大値が最小である場合の露光フィールドを「良好
なフィールド（Good Field）」と呼ぶ。

【００２８】先ず、図１６に示すように、スリット状の
照明領域と投影光学系に関して共役なスリット状の露光
フィールド２４内にフォーカス位置の多数の計測点（不
図示）があると仮定する。図１６において、感光基板上
の１つのショット領域ＳＡ_ijをスリット状の露光フィー
ルド２４に対してＹ方向に速度Ｖ／βで走査するものと
して、ショット領域ＳＡ_ijのスキャン方向の幅をＷＹ、
非スキャン方向の幅をＷＸ、露光フィールド２４のスキ
ャン方向の幅をＤとする。また、露光フィールド２４内
の中心領域２４ａ内の多数の計測点でのフォーカス位置
を平均化することにより、露光フィールド２４の中心点
での平均的な面のフォーカス位置を求め、露光フィール
ド２４のスキャン方向の両端の計測領域２４ｂ，２４ｃ
内の計測点でのフォーカス位置より最小自乗近似に基づ
いて平均的な面のスキャン方向の傾斜角θ_Yを求め、露
光フィールド２４の非スキャン方向の両端の計測領域２
４ｂ，２４ｃ内の計測点でのフォーカス位置より最小自
乗近似に基づいて平均的な面の非スキャン方向の傾斜角
θ_Xを求めるものとする。また、スキャン方向のレベリ
ングの応答周波数をｆｍ［Ｈｚ］、非スキャン方向のレ
ベリングの応答周波数をｆｎ［Ｈｚ］として、ｆｍ及び
ｆｎの値を独立に設定する。

【００２９】そして、感光基板上のショット領域ＳＡ_ij
のスキャン方向の周期的な曲がりの周期を、スキャン方
向の幅ＷＹ（非スキャン方向も同様の曲がり周期に設定
する）との比の値として曲がりパラメータＦで表し、そ
の周期的な曲がりがあるときの露光フィールド２４内の
各計測点でのフォーカス誤差を、スキャンした場合のフ
ォーカス誤差の平均値の絶対値と、スキャンした場合の
フォーカス誤差の振幅の１／３との和で表す。また、曲
がりパラメータＦの周期的な曲がりの振幅を１に規格化
し、曲がりパラメータがＦであるときの、それら各計測
点でのフォーカス誤差の内の最大値を示す誤差パラメー
タＳを、曲がりパラメータＦに対する比率として表す。
即ち、次式が成立している。Ｆ＝曲がりの周期／ＷＹ（１）Ｓ＝フォーカス誤差の最大値／Ｆ（２）

【００３０】図１７（ａ）は、スキャン方向のレベリン
グの応答周波数ｆｍ、及び非スキャン方向のレベリング
の応答周波数ｆｎが等しく且つ大きい場合の曲がりパラ
メータＦに対する誤差パラメータＳを表し、曲線Ａ１は
非スキャン方向での誤差パラメータＳ、曲線Ｂ１は非ス
キャン方向の誤差パラメータＳ中の通常のフォーカス誤
差の平均値の絶対値、曲線Ａ２はスキャン方向での誤差
パラメータＳ、曲線Ｂ２はスキャン方向の誤差パラメー
タＳ中の通常のフォーカス誤差の平均値を示す。曲線Ａ
１及び曲線Ａ２がそれぞれより現実的なフォーカス誤差
を現わしている。メータＦの値が小さく露光面の凹凸の
周期が小さいときには、スキャン方向のレベリング制御
の追従性は悪く（曲線Ａ２）、凹凸の周期が大きくなる
につれて、スキャン方向のレベリング制御が曲がりに追
従するようになることが分かる。また、非スキャン方向
に対してはスキャン方向の様に逐次フォーカス位置が変
わらない為、曲がりの周期が大きくなっても、スキャン
方向の追従性より悪い（曲線Ａ１）。以上のように、パ
ラメータＳが０．５以下になるようにフォーカス誤差が
なることが望ましいが、スキャン方向及び非スキャン方
向共に全体としてフォーカス誤差が大きい。

【００３１】一方、図１７（ｂ）は、スキャン方向のレ
ベリングの応答周波数ｆｍが非スキャン方向のレベリン
グの応答周波数ｆｎより大きく、且つ両応答周波数ｆｍ
及びｆｎが小さい場合の曲がりパラメータＦに対する誤
差パラメータＳを表し、曲線Ａ３は非スキャン方向での
誤差パラメータＳ、曲線Ｂ３は非スキャン方向の通常の
フォーカス誤差の平均値の絶対値、曲線Ａ４はスキャン
方向での誤差パラメータＳ、曲線Ｂ４はスキャン方向で
の通常のフォーカス誤差の平均値の絶対値を示す。図１
７（ａ）と図１７（ｂ）との比較より、ほぼ完全応答
（図１７（ａ））の場合よりも応答周波数が小さい（図
１７（ｂ））場合の方が、誤差パラメータＳが０．５に
近くなっており、フォーカス誤差は小さいことが分か
る。これは、感光基板上の細かい凸凹にオートレベリン
グ機構が追従すると、スリット状の露光フィールド２４
内で精度が悪化する点が発生するためである。但し、応
答周波数を小さくし過ぎると、低周波の凸凹部まで追従
できなくなるため、応答周波数は適当な値に設定する必
要がある。

【００３２】また、図１７（ｂ）の例では、スキャン方
向のレベリングの応答周波数ｆｍが非スキャン方向のレ
ベリングの応答周波数ｆｎより高く設定されている。こ
れは、同じ曲がりパラメータＦの凹凸であっても、スキ
ャン方向ではスリット幅に応じて実質的に周期が短くな
るため、良好に露光面の凹凸に追従するための応答周波
数は、非スキャン方向よりもスキャン方向で高くする必
要があるためである。

【００３３】また、オートレベリング機構用の多点計測
手段が、その所定形状の照明領域と投影光学系（８）に
関して共役な露光領域（２４）内の複数の点及びその共
役な露光領域内に対して感光基板（５）が走査される際
の手前の領域内の複数の点よりなる複数の計測点におい
て、感光基板（５）の高さをそれぞれ計測する場合に
は、手前の計測点において部分的にフォーカス位置の先
読みが行われる。これを「分割先読み」と呼ぶ。従っ
て、全部の計測点で先読みを行う手法（完全先読み）に
比べて、露光までに多点計測手段でフォーカス位置を読
み取る際の長さ（助走距離）が短縮される。

【００３４】また、その多点計測手段が、感光基板
（５）の１つのショット領域へ順次マスク（１２）のパ
ターンを露光する過程において、順次それら複数の計測
点の位置を変化させる場合には、例えばそのショット領
域の端部では分割先読みを行い、そのショット領域の中
央部以降では完全先読みを行い、露光位置検出部でオー
プン制御の確認を行う。これにより、レベリング精度を
高精度に維持した状態で、ショット領域の端部での助走
距離を短縮して露光のスループットを高めることができ
る。

【００３５】次に、本発明におけるオートフォーカス制
御について検討する。上述の良好なフィールド（Good F
ield）の概念を取り入れると、図１６に示すように、露
光フィールド２４の中央部２４ａ内の各計測点のフォー
カス位置の平均化処理を行って、そのフォーカス位置の
平均値で示される面を投影光学系の像面に合わせるので
は、精度が悪化する可能性がある。即ち、図１８（ａ）
は、感光基板の深さＨの凹部のある露光面５ａの各計測
点のフォーカス位置の平均値に対応する面３４Ａを示
し、その面３４Ａと凹部とのフォーカス方向の差ΔＺ３
は、Ｈ／２より大きくなっている。

【００３６】これに対して本発明においては、露光面５
ａ上の所定の計測領域内の各計測点のフォーカス位置の
最大値と最小値とを求め、それら最大値と最小値との中
間のフォーカス位置に対応する面を投影光学系の像面に
合わせ込むようにする。図１８（ｂ）は、感光基板の深
さＨの凹部のある露光面５ａにおける、各計測点のフォ
ーカス位置の内の最大値Ｚ_maxと最小値Ｚ_minとの中間
のフォーカス位置に対応する面３４Ｂを示し、面３４Ｂ
のフォーカス位置Ｚ_34Bは次のように表すことができ
る。Ｚ_34B＝（Ｚ_max＋Ｚ_min）／２（３）

【００３７】その後、その面３４Ｂが投影光学系の像面
に合わせ込まれる。また、面３４Ｂと露光面５ａの表面
とのフォーカス方向の差ΔＺ４と、面３４Ｂとその凹部
とのフォーカス方向の差ΔＺ５とは、それぞれほぼＨ／
２になっている。即ち、図１８（ａ）の面３４Ａに比べ
て図１８（ｂ）の面３４Ｂの方が、露光面５ａ上の各点
におけるフォーカス位置の誤差の最大値が小さくなるた
め、良好なフィールド（Good Field）の概念上では、本
発明により感光基板の露光面をより高精度に投影光学系
の像面に合わせ込むことができる。

【００３８】更に、図１７（ａ）のように、スキャン方
向のレベリングの応答周波数ｆｍと非スキャン方向のレ
ベリングの応答周波数ｆｎとを等しく且つ大きくしてオ
ートレベリング制御を行うと同時に、図１８（ａ）の平
均化処理に基づくオートフォーカス制御又は図１８
（ｂ）の最大値と最小値との平均値に基づくオートフォ
ーカス制御を施した場合の、曲がりパラメータＦに対す
る誤差パラメータＳの特性をそれぞれ図１９（ａ）及び
（ｂ）に示す。即ち、平均化処理に基づく図１９（ａ）
において、曲線Ａ５及びＢ５はそれぞれ非スキャン方向
の誤差パラメータＳ、曲線Ａ６及びＢ６はそれぞれスキ
ャン方向の誤差パラメータＳを表す。また、最大値と最
小値との平均値に基づく図１９（ｂ）において、曲線Ａ
７及びＢ７はそれぞれ非スキャン方向の誤差パラメータ
Ｓ、曲線Ａ８及びＢ８はそれぞれスキャン方向の誤差パ
ラメータＳを表す。

【００３９】図１９（ｂ）より明かなように、最大値と
最小値との平均値に基づいてオートフォーカス制御を施
した場合には、全ての曲がりパラメータＦ、即ちあらゆ
る周波数帯において、誤差パラメータＳの値が０．５に
近くなっていると共に、平均化処理に基づいてオートフ
ォーカス制御を施した場合に比べてフォーカス誤差の最
大値が小さくなっている。

【００４０】また、図１５（ａ）及び（ｂ）に戻り、所
定の計測領域内の計測点で得られたフォーカス位置の最
大値と最小値との平均値に基づいてオートフォーカス制
御のみを施した場合には、図１５（ａ）に示すように、
振幅２・ΔＺａの曲がりを有する露光面５ａに対して、
最大値とのフォーカス位置の差がΔＺａの面３６Ａが投
影光学系の像面に合わせ込まれる。一方、振幅２・ΔＺ
ａの曲がりを有する露光面５ａに対して、単にそれら計
測点で得られたフォーカス位置の平均値に基づいてオー
トフォーカス制御を行うと共に、得られたフォーカス位
置の最小自乗近似に基づいてオートレベリング制御を行
うと、図１５（ｂ）に示すように、振幅ΔＺｃ（＞２・
ΔＺａ）の範囲内で最大値からのフォーカス位置の差が
ΔＺｂ（＞ΔＺａ）の面３６Ｂが投影光学系の像面に合
わせ込まれることがある。従って、オートレベリング機
構を使用する場合でも使用しない場合でも、得られたフ
ォーカス位置の最大値と最小値との平均値に基づいてオ
ートフォーカス制御を行う方がフォーカス誤差が小さく
なる。

【００４１】なお、本発明では、（フォーカス位置の最
大値Ｚ_max＋フォーカス位置の最小値Ｚ_min）／２で定
まる面を像面に合わせ込むように制御しているが、デバ
イス工程によっては感光基板の露光面５ａの凸部又は凹
部の何れかの焦点深度が要求される場合もある。従っ
て、所定の係数Ｍ及びＮを用いて、次式のような比例配
分で定まるフォーカス位置Ｚ_MNの面を像面に合わせるよ
うな制御を行うことが望ましい。Ｚ_MN＝（Ｍ・Ｚ_max＋Ｎ・Ｚ_min）／（Ｍ＋Ｎ）（４）

【００４２】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。本実施例は、スリットスキャン露光方式の
投影露光装置のオートフォーカス機構及びオートレベリ
ング機構に本発明を適用したものである。図１は本実施
例の投影露光装置を示し、この図１において、図示省略
された照明光学系からの露光光ＥＬによる矩形の照明領
域（以下、「スリット状の照明領域」という）によりレ
チクル１２上のパターンが照明され、そのパターンの像
が投影光学系８を介してウエハ５上に投影露光される。
この際、露光光ＥＬのスリット状の照明領域に対して、
レチクル１２が図１の紙面に対して手前方向（又は向こ
う側）に一定速度Ｖで走査されるのに同期して、ウエハ
５は図１の紙面に対して向こう側（又は手前方向）に一
定速度Ｖ／β（１／βは投影光学系８の縮小倍率）で走
査される。

【００４３】レチクル１２及びウエハ５の駆動系につい
て説明するに、レチクル支持台９上にＹ軸方向（図１の
紙面に垂直な方向）に駆動自在なレチクルＹ駆動ステー
ジ１０が載置され、このレチクルＹ駆動ステージ１０上
にレチクル微小駆動ステージ１１が載置され、レチクル
微小駆動ステージ１１上にレチクル１２が真空チャック
等により保持されている。レチクル微小駆動ステージ１
１は、投影光学系８の光軸に垂直な面内で図１の紙面に
平行なＸ方向、Ｙ方向及び回転方向（θ方向）にそれぞ
れ微小量だけ且つ高精度にレチクル１２の位置制御を行
う。レチクル微小駆動ステージ１１上には移動鏡２１が
配置され、レチクル支持台９上に配置された干渉計１４
によって、常時レチクル微小駆動ステージ１１のＸ方
向、Ｙ方向及びθ方向の位置がモニターされている。干
渉計１４により得られた位置情報Ｓ１が主制御系２２Ａ
に供給されている。

【００４４】一方、ウエハ支持台１上には、Ｙ軸方向に
駆動自在なウエハＹ軸駆動ステージ２が載置され、その
上にＸ軸方向に駆動自在なウエハＸ軸駆動ステージ３が
載置され、その上にＺレベリングステージ４が設けら
れ、このＺレベリングステージ４上にウエハ５が真空吸
着によって保持されている。Ｚレベリングステージ４上
にも移動鏡７が固定され、外部に配置された干渉計１３
により、Ｚレベリングステージ４のＸ方向、Ｙ方向及び
θ方向の位置がモニターされ、干渉計１３により得られ
た位置情報も主制御系２２Ａに供給されている。主制御
系２２Ａは、ウエハ駆動装置２２Ｂ等を介してウエハＹ
軸駆動ステージ２、ウエハＸ軸駆動ステージ３及びＺレ
ベリングステージ４の位置決め動作を制御すると共に、
装置全体の動作を制御する。

【００４５】また、ウエハ側の干渉計１３によって計測
される座標により規定されるウエハ座標系と、レチクル
側の干渉計１４によって計測される座標により規定され
るレチクル座標系の対応をとるために、Ｚレベリングス
テージ４上のウエハ５の近傍に基準マーク板６が固定さ
れている。この基準マーク板６上には各種基準マークが
形成されている。これらの基準マークの中にはＺレベリ
ングステージ４側に導かれた照明光により裏側から照明
されている基準マーク、即ち発光性の基準マークも設け
られている。

【００４６】本例のレチクル１２の上方には、基準マー
ク板６上の基準マークとレチクル１２上のマークとを同
時に観察するためのレチクルアライメント顕微鏡１９及
び２０が装備されている。この場合、レチクル１２から
の検出光をそれぞれレチクルアライメント顕微鏡１９及
び２０に導くための偏向ミラー１５及び１６が移動自在
に配置され、露光シーケンスが開始されると、主制御系
２２Ａからの指令のもとで、ミラー駆動装置１７及び１
８によりそれぞれ偏向ミラー１５及び１６は待避され
る。

【００４７】図１のスリットスキャン方式の投影露光装
置に、図２０及び図２１を参照して説明した従来方式の
斜め入射型の多点フォーカス位置検出系を装着する。但
し、本例の多点フォーカス位置検出系は、計測点の個数
が従来例よりも多いと共に、計測点の配置が工夫されて
いる。図２（ｂ）は、図２１（ｂ）の従来のパターン形
成板６２に対応する本例のパターン形成板６２Ａを示
し、図２（ｂ）に示すように、パターン形成板６２Ａの
第１列目には９個のスリット状の開口パターン７２−１
１〜７２−１９が形成され、第２列目〜第５列目にもそ
れぞれ９個の開口パターン７２−１２〜７２−５９が形
成されている。即ち、パターン形成板６２Ａには、合計
で４５個のスリット状の開口パターンが形成されてお
り、これらのスリット状の開口パターンの像が図１のウ
エハ５の露光面上にＸ軸及びＹ軸に対して斜めに投影さ
れる。

【００４８】図２（ａ）は、本例の投影光学系８の下方
のウエハ５の露光面を示し、この図２（ａ）において、
投影光学系８の円形の照明視野２３に内接するＸ方向に
長い矩形の露光フィールド２４内に図１のレチクル１２
のパターンが露光され、この露光フィールド２４に対し
てＹ方向にウエハ５が走査（スキャン）される。本例の
多点フォーカス位置検出系により、露光フィールド２４
のＹ方向の上側のＸ方向に伸びた第１列の９個の計測点
ＡＦ１１〜ＡＦ１９、第２列の計測点ＡＦ２１〜ＡＦ２
９、露光フィールド２４内の第３列の計測点ＡＦ３１〜
ＡＦ３９、露光フィールド２４のＹ方向の下側の第４列
の計測点ＡＦ４１〜ＡＦ４９及び第５列の計測点ＡＦ５
１〜ＡＦ５９にそれぞれスリット状の開口パターンの像
が投影される。

【００４９】図２（ｃ）は、本例の多点フォーカス位置
検出系の受光器６９Ａを示し、この受光器６９Ａ上に第
１列目には９個の受光素子７５−１１〜７５−１９が配
置され、第２列目〜第５列目にもそれぞれ９個の受光素
子７５−１２〜７５−５９が配置されている。即ち、受
光器６９Ａには、合計で４５個の受光素子が配列されて
おり、各受光素子上にはスリット状の絞り（図示省略）
が配置されている。また、それら受光素子７５−１１〜
７５−５９上にそれぞれ図２（ａ）の計測点ＡＦ１１〜
ＡＦ５９に投影されたスリット状の開口パターンの像が
再結像される。そして、ウエハ５の露光面で反射された
光を、図２０の回転方向振動板６７に対応する振動板で
回転振動することで、受光器６９Ａ上では再結像された
各像の位置が絞りの幅方向であるＲＤ方向に振動する。

【００５０】各受光素子７５−１１〜７５−５９の検出
信号が信号処理装置７１Ａに供給され、信号処置装置７
１Ａではそれぞれの検出信号を回転振動周波数の信号で
同期検波することにより、ウエハ上の各計測点ＡＦ１１
〜ＡＦ５９のフォーカス位置に対応する４５個のフォー
カス信号を生成し、これら４５個のフォーカス信号の内
の所定のフォーカス信号より後述のように、ウエハの露
光面の傾斜角（レベリング角）及び平均的なフォーカス
位置を算出する。これら計測されたレベリング角及びフ
ォーカス位置は図１の主制御系２２Ａに供給され、主制
御系２２Ａは、その供給されたレベリング角及びフォー
カス位置に基づいて駆動装置２２Ｂ及びＺレベリングス
テージ４を介してウエハ５のレベリング角及びフォーカ
ス位置の設定を行う。

【００５１】従って、本例では図２（ａ）に示す４５個
の全ての計測点ＡＦ１１〜ＡＦ５９のフォーカス位置を
計測することができる。但し、本例では、図３に示すよ
うに、ウエハのスキャン方向に応じてそれら４５個の計
測点中で実際にフォーカス位置を計測する点（以下、
「サンプル点」という）の位置を変えている。一例とし
て、図３（ａ）に示すように、露光フィールド２４に対
してＹ方向にウエハをスキャンする場合で、且つ後述の
ような分割先読みを行う場合には、第２列２５Ｂの計測
点中の奇数番目の計測点ＡＦ２１，ＡＦ２３，‥‥，Ａ
Ｆ２９及び露光フィールド２４内の偶数番目の計測点Ａ
Ｆ３２，ＡＦ３４，‥‥，ＡＦ３８がサンプル点とな
る。また、図３（ｂ）に示すように、露光フィールド２
４に対して−Ｙ方向にウエハをスキャンする場合で、且
つ後述のような分割先読みを行う場合には、第４列２５
Ｄの計測点中の奇数番目の計測点ＡＦ４１，ＡＦ４３，
‥‥，ＡＦ４９及び露光フィールド２４内の偶数番目の
計測点ＡＦ３２，ＡＦ３４，‥‥，ＡＦ３８がサンプル
点となる。

【００５２】更に、スリットスキャン露光時のフォーカ
ス位置の計測結果は、ウエハ側のステージの移動座標に
応じて逐次変化していくため、それらフォーカス位置の
計測結果は、ステージのスキャン方向の座標及び非スキ
ャン方向の計測点の座標よりなる２次元のマップとして
図１の主制御系２２Ａ内の記憶装置に記憶される。この
ように記憶された計測結果を用いて、露光時のウエハの
フォーカス位置及びレベリング角が算出される。そし
て、実際に図１のＺレベリングステージ４を駆動してウ
エハの露光面のフォーカス位置及びレベリング角を設定
する場合は、計測結果に従ってオープンループ制御によ
りＺレベリングステージ４の動作が制御される。この場
合、予め計測された結果に基づいて露光フィールド２４
内での露光が行われる。即ち、図４（ａ）に示すよう
に、例えば第２列２５Ｂの計測点の所定のサンプリング
点でウエハ上の領域２６のフォーカス位置の計測が行わ
れ、その後図４（ｂ）に示すようにウエハ上の領域２６
が露光フィールド２４内に達したときに、図４（ａ）で
の計測結果に基づいて、ウエハ上の領域２６のフォーカ
シング及びレベリング制御が行われる。

【００５３】図５は本例のＺレベリングステージ４及び
この制御系を示し、この図５において、Ｚレベリングス
テージ４の上面部材は下面部材上に３個の支点２８Ａ〜
２８Ｃを介して支持されており、各支点２８Ａ〜２８Ｃ
はそれぞれフォーカス方向に伸縮できるようになってい
る。各支点２８Ａ〜２８Ｃの伸縮量を調整することによ
り、Ｚレベリングステージ４上のウエハ５の露光面のフ
ォーカス位置、スキャン方向の傾斜角θ_Y及び非スキャ
ン方向の傾斜角θ_Xを所望の値に設定することができ
る。各支点２８Ａ〜２８Ｃの近傍にはそれぞれ、各支点
のフォーカス方向の変位量を例えば０．０１μｍ程度の
分解能で計測できる高さセンサー２９Ａ〜２９Ｃが取り
付けられている。なお、フォーカス方向（Ｚ方向）への
位置決め機構として、よりストロークの長い高精度な機
構を別に設けても良い。

【００５４】Ｚレベリングステージ４のレベリング動作
を制御するために、主制御系２２Ａはフィルタ部３０Ａ
及び３０Ｂにそれぞれ刻々に変化する非スキャン方向の
設定すべき傾斜角θ_X及びスキャン方向の設定すべき傾
斜角θ_Yを供給する。フィルタ部３０Ａ及び３０Ｂはそ
れぞれ異なるフィルタ特性でフィルタリングして得られ
た傾斜角を演算部３１に供給し、主制御系２２Ａは演算
部３１にはウエハ５上の露光対象とする領域の座標Ｗ
（Ｘ，Ｙ）を供給する。演算部３１は、座標Ｗ（Ｘ，
Ｙ）及び２つの傾斜角に基づいて駆動部３２Ａ〜３２Ｃ
に設定すべき変位量の情報を供給する。各駆動部３２Ａ
〜３２Ｃにはそれぞれ高さセンサー２９Ａ〜２９Ｃから
支点２９Ａ〜２９Ｃの現在の高さの情報も供給され、各
駆動部３２Ａ〜３２Ｃはそれぞれ支点２９Ａ〜２９Ｃの
高さを演算部３１に設定された高さに設定する。

【００５５】これにより、ウエハ５の露光面のスキャン
方向の傾斜角及び非スキャン方向の傾斜角がそれぞれ所
望の値に設定されるが、この際にフィルタ部３０Ａ及び
３０Ｂの特性の相違により、スキャン方向のレベリング
の応答周波数ｆｍ［Ｈｚ］が非スキャン方向のレベリン
グの応答速度ｆｎ［Ｈｚ］よりも高めに設定されてい
る。一例としてスキャン方向のレベリングの応答周波数
ｆｍは１０Ｈｚ、非スキャン方向のレベリングの応答速
度ｆｎは２Ｈｚである。

【００５６】また、支点２８Ａ，２８Ｂ及び２８Ｃが配
置されている位置をそれぞれ駆動点ＴＬ１，ＴＬ２及び
ＴＬ３と呼ぶと、駆動点ＴＬ１及びＴＬ２はＹ軸に平行
な１直線上に配置され、駆動点ＴＬ３は駆動点ＴＬ１と
ＴＬ２との垂直２等分線上に位置している。そして、投
影光学系によるスリット状の露光フィールド２４が、ウ
エハ５上のショット領域ＳＡ_ij上に位置しているものと
すると、本例では、支点２８Ａ〜２８Ｃを介してウエハ
５のレベリング制御を行う際に、そのショット領域ＳＡ
_ijのフォーカス位置は変化しない。従って、レベリング
制御とフォーカス制御とが分離した形で行われるように
なっている。また、ウエハ５の露光面のフォーカス位置
の設定は、３個の支点２８Ａ〜２８Ｃを同じ量だけ変位
させることにより行われる。

【００５７】次に、本例のレベリング動作及びフォーカ
シング動作につき詳細に説明する。先ず、レベリング用
の傾斜角及びフォーカシング用のフォーカス位置の算出
法を示す。（Ａ）傾斜角の算出法図４に示すように、各列の計測点において非スキャン方
向のｍ番目のサンプル点のＸ座標をＸ_m、スキャン方向
のｎ番目のサンプル点のＹ座標をＹ_nとして、Ｘ座標Ｘ
_m及びＹ座標Ｙ_nのサンプル点で計測されたフォーカス
位置の値をＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n）で表す。また、非スキャ
ン方向のサンプル数をＭ、スキャン方向のサンプリング
数をＮとして、次の演算を行う。但し、和演算Σ_mは添
字ｍに関する１〜Ｍまでの和を表す。

【００５８】ＳＸ＝Σ_mＸ_m，ＳＸ２＝Σ_mＸ_m ²，ＳＭＺ＝Σ_mＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n），ＳＸＺ＝Σ_m（ＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n）・Ｘ_m）（５）同様に、和演算Σ_nが添字ｎに関する１〜Ｎまでの和を
表すものとして、次の演算を行う。ＳＹ＝Σ_nＹ_n，ＳＹ２＝Σ_nＹ_n ²，ＳＮＺ＝Σ_nＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n），ＳＹＺ＝Σ_n（ＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n）・Ｙ_n）（６）

【００５９】そして、（５）式及び（６）式を用いて次
の演算を行う。Ａｎ＝（ＳＸ・ＳＭＺ−Ｍ・ＳＸＺ）／（ＳＸ²−Ｍ・ＳＸ２）（７）Ａｍ＝（ＳＹ・ＳＮＺ−Ｎ・ＳＹＺ）／（ＳＹ²−Ｎ・ＳＹ２）（８）次に、各Ａｎより、最小自乗近似によりスキャン方向の
ｎ番目のサンプル点における非スキャン方向（Ｘ方向）
の傾斜角ＡＬ（Ｙ_n）を求め、各Ａｍより、最小自乗近
似により非スキャン方向のｍ番目のサンプル点における
スキャン方向（Ｙ方向）の傾斜角ＡＬ（Ｘ_m）を求め
る。その後、次のような平均化処理により非スキャン方
向の傾斜角θ_X及びスキャン方向の傾斜角θ_Yを求め
る。 θ_X＝（Σ_nＡＬ（Ｙ_n））／Ｎ（９） θ_Y＝（Σ_mＡＬ（Ｘ_m））（１０）

【００６０】（Ｂ）フォーカス位置算出法フォーカス位置の算出法には平均化処理法と最大最小検
出法とがあり、本例では最大最小検出法でフォーカス位
置を算出する。参考のため、平均化処理法では、上述の
フォーカス位置の値ＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n）を用いて、次式
よりウエハ５の露光面の全体としてのフォーカス位置
〈ＡＦ〉を計算する。〈ＡＦ〉＝（Σ_nΣ_mＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n））／（Ｍ・Ｎ）（１１）

【００６１】次に、最大最小検出法では、最大値及び最
小値を表す関数をそれぞれMax( ）及びMin( ）とし
て、次式よりウエハ５の露光面の全体としてのフォーカ
ス位置ＡＦ′を計算する。ＡＦ′＝（Max(ＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n))＋Min(ＡＦ（Ｘ_m，Ｙ_n))／２（１２）そして、図４（ｂ）に示すように、計測された領域２６
が露光フィールド２４に達したときには、（９）式、
（１０）式、（１２）式の検出結果θ_X，θ_Y及びＡ
Ｆ′に基づいて、図５の３個の支点２８Ａ〜２８Ｃがそ
れぞれ高さセンサー２９Ａ〜２９Ｃの計測結果を基準と
してオープンループで駆動される。具体的に、オートフ
ォーカス制御は、３個の支点２８Ａ〜２８Ｃを同時に駆
動することにより実行され、オートレベリング制御は、
図５に示す露光フィールド２４内のフォーカス位置が変
化しないように実行される。

【００６２】即ち、図５において、露光フィールド２４
の中心点と支点２８Ａ，２８ＢのＸ方向の間隔をＸ₁、
露光フィールド２４の中心点と支点２８ＣのＸ方向の間
隔をＸ₂、露光フィールド２４の中心点と支点２８Ａの
Ｙ方向の間隔をＹ₁、露光フィールド２４の中心点と支
点２８ＢのＹ方向の間隔をＹ₂として、非スキャン方向
の傾斜角θ_Xの結果に基づき、支点２８Ａ，２８Ｂと支
点２８ＣとにそれぞれＸ₁：Ｘ₂との比で逆方向の変位
が与えられ、スキャン方向の傾斜角θ_Yの結果に基づ
き、支点２８Ａと支点２８ＢとにそれぞれＹ₁：Ｙ₂と
の比で逆方向の変位が与えられる。

【００６３】また、上記処理法では、フォーカス位置及
び傾斜角が露光装置に応じて刻々変化するので実際のフ
ォーカス位置の計測値を補正する必要がある。図６
（ａ）は、或るフォーカス位置の計測点（ＡＦ点）でウ
エハの露光面５ａ上の領域２６の全体としてのフォーカ
ス位置及び傾斜角を計測している状態を示し、図６
（ａ）の状態では、図５の各駆動点ＴＬ１〜ＴＬ３にあ
る支点のフォーカス方向の駆動量〈ＴＬ１〉，〈ＴＬ
２〉及び〈ＴＬ３〉はそれぞれ０（基準位置）であると
する。そして、その領域２６が図６（ｂ）に示すよう
に、露光フィールド内の露光点に達したときには、露光
のためにそれら駆動量はそれぞれ、〈ＴＬ１〉＝ａ，
〈ＴＬ２〉＝ｂ，〈ＴＬ３〉＝ｃ、に設定される。この
場合、フォーカス位置の計測点（ＡＦ点）で計測されて
いる領域２６Ａのフォーカス位置は、図６（ａ）の場合
に比べてΔＦだけ変化しているが、このΔＦの変化量に
は各駆動点ＴＬ１〜ＴＬ３における駆動量の影響が含ま
れているため、次に領域２６Ａの露光を行う場合には、
図６（ｂ）の状態での各駆動点ＴＬ１〜ＴＬ３の駆動量
を補正する形でレベリング及びフォーカシングを行う必
要がある。

【００６４】即ち、領域２６に関して計測されたフォー
カス位置、Ｘ方向の傾斜角及びＹ方向の傾斜角をそれぞ
れＦ₁、θ_1X及びθ_1Yとして、領域２６Ａに関して計測
されたフォーカス位置、Ｘ方向の傾斜角及びＹ方向の傾
斜角をそれぞれＦ_n′、θ_nX′及びθ_nY′とする。ま
た、フォーカス位置の計測点（ＡＦ点）と露光点とのＸ
方向及びＹ方向の間隔をそれぞれΔＸ及びΔＹとする
と、フォーカス位置の補正量ΔＦ１は次のようになる。 ΔＦ１＝−Ｆ₁−θ_1X・ΔＸ−θ_1Y・ΔＹ（１３）

【００６５】その補正量ΔＦ１を用いると、領域２６Ａ
に関して計測されたフォーカス位置、Ｘ方向の傾斜角及
びＹ方向の傾斜角のそれぞれの補正後の値Ｆ_n、θ_nX及
びθ _nYは次のようになる。Ｆ_n＝Ｆ_n′＋ΔＦ１（１４） θ_nX＝θ_nX′−θ_1X （１５） θ_nY＝θ_nY′−θ_1Y （１６）また、ウエハ５の露光面の高周波の凸凹面に対しては追
従しない様に応答性を管理する必要がある。即ち、ウエ
ハ５の走査速度が変わった場合も、ステージ位置に対応
した応答が要求されるので、計測されたフォーカス位置
及び傾斜角を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）用の数値フィ
ルターで管理するか、図５の３個の支点２８Ａ〜２８Ｃ
の駆動部のサーボゲインを速度に応じて可変できる機構
にする。但し、ＦＦＴ用の数値フィルターは予備スキャ
ンが必要で、サーボゲインは位相遅れがあるので、これ
らを考慮した機構が必要である。

【００６６】（Ｃ）サーボゲイン可変法ここでは図５の３個の支点２８Ａ〜２８Ｃの駆動部のサ
ーボゲインを速度に応じて可変する方法の一例につき説
明する。ウエハの走査速度がＶ／βのときの応答周波数
をνとすると、伝達関数Ｇ（ｓ）は以下の様に表され
る。Ｇ（ｓ）＝１／（１＋Ｔｓ）（１７）但し、Ｔ＝１／（２πν）、ｓ＝２πｆｉ、である。

【００６７】解析結果より、走査速度Ｖ／βが８０ｍｍ
／ｓの場合、非スキャン方向の応答周波数νは２Ｈｚが
最適で、スキャン方向の応答周波数νは１０Ｈｚが最適
であることが分かった。但し、ウエハの露光面の凸凹を
ピッチｐの正弦波で表し、ウエハ上の各ショット領域の
走査方向の長さをＬ₀とすると、（１７）式中の周波数
ｆは次のようになる。ｆ＝（Ｖ／β）／Ｌ₀・（Ｌ₀／ｐ）＝（Ｖ／β）／ｐ（１８）従って、走査速度Ｖ／βが変化すると周波数ｆも変化す
るので、最適な応答周波数νを新たに求める必要があ
る。このようにして求めた応答周波数νよりサーボゲイ
ンを決定する。

【００６８】（Ｄ）数値フィルタリング法ここでウエハの露光面上の凹凸のピッチｐは、ステージ
位置に依存した関数なので、フォーカス位置のサンプリ
ングをステージ位置に同期して位置基準で行うと、走査
速度Ｖ／βに依存しない制御が可能になる。即ち、位置
関数で伝達関数Ｇ（ｓ）と同等のフィルタリング効果を
持たせるためには、伝達関数Ｇ（ｓ）を逆フーリエ変換
して位置関数Ｆ（ｘ）を求め、この位置関数Ｆ（ｘ）を
用いて数値フィルタリングを行う。具体的に応答周波数
νの伝達関数Ｇ（ｓ）の一例を図７（ａ）に示し、それ
に対応する位置関数Ｆ（ｘ）を図７（ｂ）に示す。但
し、数値フィルタリング時は助走スキャン距離をとる必
要があり、これを行わない場合は位相遅れが生じる。

【００６９】なお、上述のサーボゲイン可変法及び数値
フィルタリング法の内の何れの方法においても、位相遅
れとフィルタリング効果とで応答性を管理する。位相遅
れ（時間遅れ）とは、図１５（ｃ）の曲線３７Ａで示さ
れる目標とするフォーカス位置に対応する信号と、曲線
３８Ａで示される実際に計測されたフォーカス位置に対
応する信号との間に存在する時間遅れである。フィルタ
リング効果とは、図１５（ｄ）の曲線３７Ｂ及び３８Ｂ
で示すように、目標とするフォーカス位置に対して実際
のフォーカス位置の振幅を所定量だけ小さくすることで
ある。

【００７０】上述のように、本例ではウエハの各ショッ
ト領域への露光を行う際に、予備的な走査である助走ス
キャンを行う場合がある。そこで、その助走スキャン距
離の設定方法について説明する。図８（ａ）は、ウエハ
上のショット領域ＳＡ₁₁の露光を終わってから、順次隣
りのショット領域ＳＡ₁₂及びＳＡ₁₃へレチクルのパター
ンを露光する場合の走査方法を示す。この図８（ａ）に
おいて、ウエハを−Ｙ方向に走査して、ウエハ上のショ
ット領域ＳＡ₁₁への露光が終わってから、加減速期間Ｔ
_W1の間にウエハをＸ軸及びＹ軸に対して斜めに移動させ
て、次のショット領域ＳＡ₁₂の下端の近傍を投影光学系
の露光フィールドに配置する。最初のショット領域ＳＡ
₁₁への露光が終わってから、次のショット領域ＳＡ₁₂の
下端の近傍へ移動する間にＹ方向へ間隔ΔＬの移動が行
われる。また、その加減速期間Ｔ_W1の終期において、ウ
エハのＹ方向への移動が開始される。

【００７１】その後の制定（整定）期間Ｔ_W2の間に、ウ
エハの走査速度がほぼＶ／βに達し、それに続く露光期
間Ｔ_W3の間にショット領域ＳＡ₁₂へのレチクルのパター
ンの露光が行われる。この場合の、ウエハ側での加減速
期間Ｔ_W1、制定期間Ｔ_W2及び露光期間Ｔ_W3を図８（ｃ）
に示し、レチクル側での加減速期間Ｔ_R1、制定期間Ｔ _R2
及び露光期間Ｔ_R3を図８（ｂ）に示す。なお、レチクル
側では図８（ａ）のように隣りのショット領域へ移動す
る必要がないため、レチクル側のステージの移動はＹ軸
に沿う往復運動である。また、ウエハ側では、図８
（ｃ）に示すように、加減速期間Ｔ_W1から制定期間Ｔ_W2
へ移行する程度の時点ｔ_sから、多点フォーカス位置検
出系によるフォーカス位置のサンプリングが開始され
る。

【００７２】本例では位相遅れとフィルタリング効果と
で、レベリング及びフォーカシング時の応答性を管理す
るので、ウエハ上でフォーカス位置のサンプリングを開
始するときの開始点が、状況によって異なってくる。例
えば、サンプリングをステージ位置に同期させるものと
して、数値フィルタリングを行うとすると、次の手順で
サンプリング開始位置が決定される。

【００７３】先ず、図７（ａ）のように伝達関数Ｇ
（ｓ）が与えられ、この伝達関数Ｇ（ｓ）より逆フーリ
エ変換で図７（ｂ）の位置関数Ｆ（ｘ）を求め、この位
置関数Ｆ（ｘ）の原点からゼロクロス点までの長さΔＬ
を求める。この長さΔＬが、図８（ａ）に示すように、
隣りのショット領域ＳＡ₁₂への露光のために斜めに移動
する際のＹ方向への移動量ΔＬと等しい。

【００７４】また、レチクルの加減速期間Ｔ_R1に対し
て、ウエハの加減速期間Ｔ_W1が小さいため、時間（Ｔ_R1
−Ｔ_W1）はウエハ側の待ち時間となる。この場合、ΔＬ
＜（Ｖ／β）（Ｔ_R1−Ｔ_W1）、のときはスループットの
低下にならないが、ΔＬ＞（Ｖ／β）（Ｔ_R1−Ｔ_W1）、
のときはスループットの低下となる。なお、ΔＹ＝ΔＬ
−（Ｖ／β）（Ｔ_R1−Ｔ_W1）、で表される長さΔＹは位
相遅れとして処理しても、伝達関数Ｇ（ｓ）と同様のフ
ィルタリング効果が得られれば、固定関数として良い。
これらのフィルタリングを行うことにより、多点フォー
カス位置検出系に対する空気揺らぎや、多点フォーカス
位置検出系の制御誤差の影響を低減する効果も期待でき
る。

【００７５】次に、本例のスリットスキャン露光方式の
投影露光装置における、多点フォーカス位置検出系の計
測点中のサンプル点の配置を検討する。先ず、図２
（ａ）において、多点フォーカス位置検出系による計測
点ＡＦ１１〜ＡＦ５９の内で、スリット状の露光フィー
ルド２４内の計測点ＡＦ３１〜ＡＦ３９のフォーカス位
置の計測結果を用いる場合、即ち計測点ＡＦ３１〜ＡＦ
３９をサンプル点とする場合には、従来のステッパーの
場合と同様の「露光位置制御法」による制御が行われ
る。更に、本例のウエハのスキャンはＹ方向又は−Ｙ方
向へ行われるので、露光フィールド２４に対して走査方
向の手前に計測点中のサンプルを配置することで、先読
み制御、時分割レベリング計測、及び計測値平均化等が
可能になる。

【００７６】先読み制御とは、図２（ａ）にようのウエ
ハを露光フィールド２４に対して−Ｙ方向にスキャンす
る場合には、走査の手前の計測点ＡＦ４１〜ＡＦ４９，
ＡＦ５１〜ＡＦ５９中からもサンプル点を選択すること
を意味する。先読み制御を行うことにより、オートフォ
ーカス機構及びオートレベリング機構の伝達関数Ｇ
（ｓ）に対して、実際の応答周波数に対する追従誤差は
｜１−Ｇ（ｓ）｜となる。但し、この追従誤差には位相
遅れとフィルタリング誤差要因とが入っているので、先
読み制御を行えば、位相遅れを除去できることになる。
この誤差は１−｜Ｇ（ｓ）｜なので、約４倍の伝達能力
を持たせる事が出来る。

【００７７】図９（ａ）は従来と同様の露光位置制御を
行った場合の目標とするフォーカス位置に対応する曲線
３９Ａ及び実際に設定されたフォーカス位置に対応する
曲線３８Ｂを示し、図９（ｂ）は先読み制御を行った場
合の目標とするフォーカス位置に対応する曲線４０Ａ及
び実際に設定されたフォーカス位置に対応する曲線４０
Ｂを示し、露光位置制御では位相がずれている。従っ
て、露光位置制御の場合の目標位置と追従位置との差Ｆ
ａは、先読み制御の場合の目標位置と追従位置との差Ｆ
ｂの約４倍となる。従って、先読み制御では約４倍の伝
達能力をもたせることができる。

【００７８】しかし、既に述べた様に、オートレベリン
グの応答周波数はスキャン方向で１０Ｈｚ程度が適当
（位置制御法では）なので、先読み制御を行うと、スキ
ャン方向では２．５Ｈｚ程度のフィルタリング応答で良
いことになる。このフィルタリングを数値フィルタ又は
制御ゲインによって行うと、ウエハの走査速度を８０ｍ
ｍとして、５（≒80/(2π*2.5)）ｍｍ程度の助走スキャ
ン長が、露光前に必要になる。以下に両制御法による、
フォーカス誤差を示す。

【００７９】そのため、図１７の場合と同様に、ウエハ
上のショット領域ＳＡ_ijのスキャン方向の周期的な曲が
りの周期を、スキャン方向の幅との比の値として曲がり
パラメータＦで表し、その周期的な曲がりがあるときの
各計測点でのフォーカス誤差を、各計測点でのフォーカ
ス位置の誤差の平均値の絶対値と、フォーカス位置の誤
差の振幅の１／３との和で表す。また、曲がりパラメー
タＦの周期的な曲がりの振幅を１に規格化し、曲がりパ
ラメータがＦであるときの、それら各計測点でのフォー
カス誤差の内の最大値を示す誤差パラメータＳを、曲が
りパラメータＦに対する比率として表す。

【００８０】図１０（ａ）は、露光位置制御を行った場
合で、且つスキャン方向のレベリングの応答周波数ｆｍ
が１０Ｈｚ、非スキャン方向のレベリングの応答周波数
ｆｎが２Ｈｚの場合の曲がりパラメータＦに対する誤差
パラメータＳを表し、曲線Ａ９及びＢ９は共に非スキャ
ン方向での誤差パラメータＳ、曲線Ａ１０及びＢ１０は
共にスキャン方向での誤差パラメータＳを示す。一方、
図１７（ｂ）は、先読み制御を行った場合で、且つスキ
ャン方向のレベリングの応答周波数ｆｍが２．５Ｈｚ、
非スキャン方向のレベリングの応答周波数ｆｎが０．５
Ｈｚの場合の曲がりパラメータＦに対する誤差パラメー
タＳを表し、曲線Ａ１１及びＢ１１は共に非スキャン方
向での誤差パラメータＳ、曲線Ａ１２及びＢ１２は共に
スキャン方向での誤差パラメータＳを示す。

【００８１】以上の様に先読み制御で位相遅れを除去す
ることは、応答を向上するためには良いが、応答を低下
させる場合には適さない。しかし、先読み制御はソフト
ウェア的に自由度が多く、図１１で示すような時間的平
均化及び露光開始時でのフォーカス位置の計測点の予測
設定を行うこともできる。即ち、図１１（ａ）におい
て、ウエハの露光面５ａ上の或る領域２６Ｂに対して多
点フォーカス位置検出系の走査方向に対して手前のサン
プル点（ＡＦ点）において、幅ΔＬの長さだけフォーカ
ス位置が検出される。そして、図１１（ｂ）に示すよう
に、領域２６Ｂが露光点に達したときには、幅ΔＬの範
囲で検出されたフォーカス位置の情報を平均化して高精
度にレベリング及びフォーカシングが行われる。

【００８２】また、図１１（ｃ）に示すように、露光位
置制御法で計測点と露光点とが等しい場合で、ウエハの
露光面５ａに段差部２６Ｃがあっても、図１１（ｄ）に
示すように、フォーカス対象とする面（フォーカス面）
ＡＦＰは次第に上昇するだけで、その段差部２６Ｃでは
デフォーカスされた状態で露光が行われる。これに対し
て、図１１（ｅ）に示すように、先読み制御法で計測点
と露光点とが離れている場合で、ウエハの露光面５ａに
段差部２６Ｄがあると、予めその段差に合わせて図１１
（ｆ）に示すように、フォーカス面ＡＦＰを次第に上昇
することにより、その段差部２６Ｄでは合焦された状態
で露光が行われる。

【００８３】なお、先読み制御法のみならず、通常の露
光位置制御法も備えておき、２つの制御法を選択可能な
システムにすることが望ましい。本例のオートフォーカ
ス及びオートレベリング機構には、上述のような機能が
あるので、実際にウエハの露光面の制御を行うには、
露光位置制御、完全先読み制御、分割先読み制御よ
りなる３種類の制御法が考えられる。以下ではこれら３
種類の制御法につき詳細に説明する。（Ｆ）露光位置制御法この方式ではオートフォーカス及びオートレベリング機
構の応答性能を一切考慮せず、露光時に計測して得られ
たフォーカス位置の値を用いて、ウエハの露光面のフォ
ーカス位置及びレベリング角の制御を行う。即ち、図１
２（ａ）に示すように、露光フィールド２４に対して走
査方向（Ｙ方向）に手前側の第２列２５Ｂの偶数番目の
計測点をサンプル点４１として、露光フィールド２４内
の第３列２５Ｃの奇数番目の計測点をもサンプル点とす
る。そして、第２列２５Ｂのサンプル点でのフォーカス
位置の計測値と第３列２５Ｃのサンプル点でのフォーカ
ス位置の計測値とから、ウエハの露光面のスキャン方向
のレベリング制御を行う。

【００８４】また、第２列２５Ｂ及び第３列２５Ｃのサ
ンプル点でのフォーカス位置の計測値から最小自乗近似
法で非スキャン方向の傾きを求めて、非スキャン方向の
レベリング制御を行う。また、フォーカス制御は、露光
フィールド２４内の第３列の計測点でのフォーカス位置
の計測値も用いてフォーカス制御を行う。なお、図１２
（ｂ）に示すように、ウエハのスキャン方向が−Ｙ方向
である場合には、サンプル点は第３列２５Ｃ及び第４列
２５Ｄの計測点から選択される。この方式では、最も制
御が簡単であるが、ウエハのスキャン速度等により追従
精度が変わってしまうという不都合がある。また、第２
列２５Ｂ及び第３列２５Ｃの各計測点でのフォーカス位
置のキャリブレーションが必要である。

【００８５】（Ｇ）完全先読み制御法この方式では、図１２（ｃ）に示すように、露光フィー
ルド２４に対して走査方向に手前側の第１列２５Ａの全
ての計測点をサンプル点として、予め露光前に第１列２
５Ａのサンプル点でのフォーカス位置の値を全て計測し
ておく。そして、平均化処理やフィルタリング処理を行
い、位相遅れを見込んで露光時にオープンでオートフォ
ーカス及びオートレベリング機構を制御する。即ち、第
１列２５Ａの各サンプル点でのフォーカス位置の計測値
を記憶しておき、時間軸上で計測されたフォーカス位置
の値からスキャン方向の傾きを算出し、露光時にスキャ
ン方向のレベリング制御をオープン制御で行う。

【００８６】それと並行して、第１列２５Ａの各サンプ
ル点でのフォーカス位置の計測値から最小自乗近似法で
非スキャン方向の傾きを求め、非スキャン方向のレベリ
ング制御をオープン制御で行う。先読みなので、時間軸
での平均化も可能である。また、第１列２５Ａの各サン
プル点でのフォーカス位置の計測値を記憶しておき、露
光時にフォーカス合わせをオープン制御で行う。なお、
図１２（ｄ）に示すように、ウエハの走査方向が−Ｙ方
向の場合には、第５列２５Ｅの全ての計測点がサンプル
点として選択される。

【００８７】この方式では、第１列２５Ａにおいてサン
プル点が９点確保できるため、情報量が多く精度向上が
期待できる。また、サンプル点は１ラインなのでキャリ
ブレーションが不要である共に、応答性の管理ができる
という利点がある。一方、第１列２５Ａのサンプル点に
関してまともに計測を行うと、各ショット領域の端部の
露光を行うために走査すべき距離（助走スキャン長）が
長くなり、スループットが低下する不都合がある。ま
た、オープン制御なので、多点フォーカス位置検出系に
よる確認ができないという不都合もある。

【００８８】（Ｈ）分割先読み制御法この方式では、図１２（ｅ）に示すように、露光フィー
ルド２４に対して走査方向（Ｙ方向）に手前側の第２列
２５Ｂの奇数番目の計測点をサンプル点として、露光フ
ィールド２４内の第３列２５Ｃの偶数番目の計測点をも
サンプル点とする。そして、第２列２５Ｂ及び第３列２
５Ｃのサンプル点において、予め露光前にフォーカス位
置の値を全て計測しておく。その後、平均化処理やフィ
ルタリング処理を行い、位相遅れを見込んで露光時にオ
ープン制御で制御を行う。即ち、第２列２５Ｂ及び第３
列２５Ｃのサンプル点におけるフォーカス位置の計測値
を記憶しておき、時間軸上で計測されたフォーカス位置
の値からスキャン方向の傾きを算出し、露光時にスキャ
ン方向のレベリングをオープン制御で行う。

【００８９】また、第２列２５Ｂ及び第３列２５Ｃのサ
ンプル点におけるフォーカス位置の計測値から最小自乗
近似法で非スキャン方向の傾きを求め、非スキャン方向
のレベリングをオープン制御で行う。先読みなので、時
間軸での平均化も可能である。また、第２列２５Ｂ及び
第３列２５Ｃのサンプル点におけるフォーカス位置の計
測値を記憶しておき、露光時にフォーカス合わせをオー
プン制御で行う。なお、図１２（ｆ）に示すように、ウ
エハのスキャン方向が−Ｙ方向である場合には、サンプ
ル点は第３列２５Ｃ及び第４列２５Ｄの計測点から選択
される。

【００９０】この方式では、第２列２５Ｂ（又は第４列
２５Ｄ）が露光フィールド２４に近接しているため、ウ
エハの各ショット領域の端部の露光を行うための助走ス
キャン距離を少なくできると共に、応答性の管理ができ
るという利点がある。また、露光時の第３列２５Ｃのサ
ンプル点でのフォーカス位置の計測値から、オープン制
御で露光面の制御を行った結果の確認が可能である。一
方、第２列２５Ｂのサンプル点でのフォーカス位置と第
３列のサンプル点でのフォーカス位置とのキャリブレー
ションが必要であるという不都合がある。

【００９１】また、完全先読み制御法では、図１３
（ａ）〜（ｄ）に示すように、露光開始、露光中及び露
光終了間際のフォーカス位置のサンプル点を変えること
によって、より正確なオートフォーカス及びオートレベ
リング制御を行っている。即ち、図１３（ａ）に示すよ
うに、露光すべきショット領域ＳＡが露光フィールド２
４に対して間隔Ｄ（露光フィールド２４のスキャン方向
の幅と同じ）の位置に達したときに、露光フィールド２
４から間隔Ｄのサンプル領域４２で多点フォーカス位置
検出系によるフォーカス位置の計測が開始される。幅
Ｄ、即ち露光フィールド２４のスキャン方向の幅の一例
は８ｍｍである。その後、図１３（ｂ）に示すように、
ショット領域ＳＡの先端部が露光フィールド２４に接触
したときに、ウエハ上の２個のサンプル点間の検出域４
４でのフォーカス位置の計測値に基づいてスキャン方向
のレベリング制御が行われ、１個のサンプル点よりなる
検出域４５でのフォーカス位置の計測値に基づいてオー
トフォーカス制御が行われる。

【００９２】次に、図１３（ｃ）に示すように、ショッ
ト領域ＳＡの先端部が露光フィールド２４に入ったとき
に、ウエハ上の２個のサンプル点間の検出域４４でのフ
ォーカス位置の計測値に基づいてスキャン方向のレベリ
ング制御が行われ、２個のサンプル点間の検出域４５で
のフォーカス位置の計測値に基づいてオートフォーカス
制御が行われる。また、図１３（ｄ）に示すように、シ
ョット領域ＳＡが露光フィールド２４を覆うようになっ
たときには、露光フィールド２４を覆う検出域４４での
フォーカス位置の計測値に基づいてスキャン方向のレベ
リング制御が行われ、露光フィールド２４を覆う検出域
４５でのフォーカス位置の計測値に基づいてオートフォ
ーカス制御が行われる。

【００９３】一方、分割先読み制御法でも、図１３
（ｅ）〜（ｈ）に示すように、露光開始、露光中及び露
光終了間際のフォーカス位置のサンプル点を変えること
によって、より正確なオートフォーカス及びオートレベ
リング制御を行っている。即ち、図１３（ｅ）に示すよ
うに、露光すべきショット領域ＳＡが露光フィールド２
４に対して間隔Ｄ／２（露光フィールド２４のスキャン
方向の幅の１／２）の位置に達したときに、露光フィー
ルド２４から外側に間隔Ｄ／２のサンプル領域４３Ａ及
び露光フィールド２４から内側に間隔Ｄ／２のサンプル
領域４３Ｂで多点フォーカス位置検出系によるフォーカ
ス位置の計測が開始される。その後、図１３（ｆ）に示
すように、ショット領域ＳＡの先端部が露光フィールド
２４に接触したときに、露光フィールド２４を覆う検出
域４６でのフォーカス位置の計測値に基づいてスキャン
方向のレベリング制御が行われ、１個のサンプル点より
なる検出域４７でのフォーカス位置の計測値に基づいて
オートフォーカス制御が行われる。

【００９４】次に、図１３（ｇ）に示すように、ショッ
ト領域ＳＡの先端部が露光フィールド２４に幅Ｄ／２だ
け入ったときに、露光フィールド２４を覆う検出域４６
でのフォーカス位置の計測値に基づいてスキャン方向の
レベリング制御が行われ、幅Ｄ／２の検出域４７でのフ
ォーカス位置の計測値に基づいてオートフォーカス制御
が行われる。また、図１３（ｈ）に示すように、ショッ
ト領域ＳＡが露光フィールド２４を覆うようになったと
きには、露光フィールド２４を覆う検出域４６でのフォ
ーカス位置の計測値に基づいてスキャン方向のレベリン
グ制御が行われ、露光フィールド２４を覆う検出域４７
でのフォーカス位置の計測値に基づいてオートフォーカ
ス制御が行われる。図１３より、分割先読み法では、助
走スキャン長（＝Ｄ／２）を完全先読み法に比べて１／
２にできることが分かる。

【００９５】なお、上述実施例においては、ウエハの露
光面の多点のフォーカス位置を計測するために、２次元
的に配列されたスリット状の開口パターン像をウエハ上
に投影する多点フォーカス位置検出系が使用されてい
る。しかしながら、その代わりに、非スキャン方向に細
長いスリット状になっているパターンの像をウエハ上に
投影し、その非スキャン方向の全体のフォーカス位置を
計測する１次元のフォーカス位置検出系を使用しても良
い。また、画像処理方式のフォーカス位置検出系を用い
て、ウエハの露光面上の２次元的なフォーカス位置の分
布を計測する場合でも、上述実施例と同様の分割先読み
等を適用することにより、高精度なフォーカシング及び
レベリングを行うことができる。更に、本例では図１７
より分かるように、非スキャン方向のレベリング誤差に
対して、スキャン方向のレベリング誤差が小さいことか
ら、スキャン方向のレベリング動作を行うことなく、非
スキャン方向のみのレベリング動作を行っても良い。

【００９６】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る
ことは勿論である。

【００９７】

【発明の効果】本発明によれば、走査露光方式で露光を
行う場合に、次のショット領域への走査露光開始前から
第２物体（感光基板）のフォーカス位置情報の検出を開
始しているため、感光基板上の各ショット領域の表面を
投影系（投影光学系）の像面に対して高精度に位置合わ
せすることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の投影露光装置を示す構成図
である。

【図２】（ａ）は実施例において投影光学系による露光
フィールドを含む領域に投影された２次元的なスリット
状の開口パターン像を示す平面図、（ｂ）は多点フォー
カス位置検出系のパターン形成板上の開口パターンを示
す図、（ｃ）は受光器上の受光素子の配列を示す図であ
る。

【図３】（ａ）は実施例で分割先読みを行う場合のサン
プル点を示す図、（ｂ）は逆方向にスキャンする場合で
且つ分割先読みを行う場合のサンプル点を示す図であ
る。

【図４】（ａ）はフォーカス位置を先読みする場合を示
す図、（ｂ）は先読みしたフォーカス位置を用いて露光
を行う場合を示す図である。

【図５】実施例のオートフォーカス及びオートレベリン
グ機構並びにその制御部を示す構成図である。

【図６】フォーカス位置の計測値の補正方法の説明図で
ある。

【図７】（ａ）は応答周波数νが１０Ｈｚの場合の伝達
関数を示す図、（ｂ）は図７（ａ）の伝達関数を逆フー
リエ変換して得られた位置関数を示す図である。

【図８】（ａ）は隣接するショット領域へ露光を行う場
合のウエハの軌跡を示す図、（ｂ）はレチクルの走査時
のタイミングチャート、（ｃ）はウエハの走査時のタイ
ミングチャートである。

【図９】（ａ）は露光位置制御法でレベリング及びフォ
ーカシングを行う場合の追従精度を示す図、（ｂ）は先
読み制御法でレベリング及びフォーカシングを行う場合
の追従精度を示す図である。

【図１０】（ａ）は露光位置制御法を使用した場合の曲
がりパラメータＦに対する誤差パラメータＳの計算結果
を示す図、（ｂ）は先読み制御法を使用した場合の曲が
りパラメータＦに対する誤差パラメータＳの計算結果を
示す図である。

【図１１】（ａ）及び（ｂ）は先読み制御法における平
均化効果の説明図、（ｃ）及び（ｄ）は露光位置制御を
行う場合のフォーカス面を示す図、（ｅ）及び（ｆ）は
先読み制御を行う場合のフォーカス面を示す図である。

【図１２】（ａ）及び（ｂ）は露光位置制御を行う場合
のフォーカス位置のサンプル点を示す平面図、（ｃ）及
び（ｄ）は完全先読み制御を行う場合のフォーカス位置
のサンプル点を示す平面図、（ｅ）及び（ｆ）は分割先
読み制御を行う場合のフォーカス位置のサンプル点を示
す平面図である。

【図１３】（ａ）〜（ｄ）は完全先読み制御法で露光を
行う場合の制御法の説明図、（ｅ）〜（ｈ）は分割先読
み制御法で露光を行う場合の制御法の説明図である。

【図１４】（ａ）は一括露光を行う場合のフォーカス誤
差を示す図、（ｂ）はスリットスキャン露光方式で露光
を行う場合のフォーカス誤差を示す図である。

【図１５】（ａ）は計測値の最大値と最小値とを用いて
オートフォーカス制御を行う場合のフォーカス誤差を示
す図、（ｂ）は計測値の平均値を用いてオートフォーカ
スを行う場合のフォーカス誤差を示す図、（ｃ）は時間
遅れ誤差を示す図、（ｄ）はサーボゲインの変化を示す
図である。

【図１６】スリット状の露光フィールドでウエハ上のシ
ョット領域への露光を行う状態を示す平面図である。

【図１７】（ａ）はスキャン方向の応答周波数と非スキ
ャン方向の応答周波数とを等しくしてレベリング制御を
行った場合の曲がりパラメータＦに対する誤差パラメー
タＳの計算結果を示す図、（ｂ）はスキャン方向の応答
周波数を非スキャン方向の応答周波数より高くしてレベ
リング制御を行った場合の曲がりパラメータＦに対する
誤差パラメータＳの計算結果を示す図である。

【図１８】（ａ）はフォーカス位置の平均値を用いてオ
ートフォーカス制御を行う状態を示す図、（ｂ）はフォ
ーカス位置の最大値及び最小値の平均値を用いてオート
フォーカス制御を行う状態を示す図である。

【図１９】（ａ）は図１７（ａ）の状態において更に平
均化処理でオートフォーカス制御を行った場合の曲がり
パラメータＦに対する誤差パラメータＳの計算結果を示
す図、（ｂ）は図１７（ｂ）の状態において更にフォー
カス位置の最大値及び最小値の平均値を用いてオートフ
ォーカス制御を行った場合の曲がりパラメータＦに対す
る誤差パラメータＳの計算結果を示す図である。

【図２０】従来のステッパーにおける多点フォーカス位
置検出系を示す構成図である。

【図２１】（ａ）は図２０において投影光学系による露
光フィールドを含む領域に投影された２次元的なスリッ
ト状の開口パターン像を示す平面図、（ｂ）は図２０の
多点フォーカス位置検出系のパターン形成板上の開口パ
ターンを示す図、（ｃ）は図２０の受光器上の受光素子
の配列を示す図である。

【符号の説明】

２ウエハＹ軸駆動ステージ４Ｚレベリングステージ５ウエハ８投影光学系１０レチクルＹ駆動ステージ１２レチクル２２Ａ主制御系２４スリット状の露光フィールド６２Ａパターン形成板６９Ａ受光器７１Ａ信号処理装置ＡＦ１１〜ＡＦ５９計測点

フロントページの続き (56)参考文献特開平４−277612（ＪＰ，Ａ) 特開平２−102518（ＪＰ，Ａ) 特開平４−354320（ＪＰ，Ａ) 特開平４−350925（ＪＰ，Ａ) 特開平２−28312（ＪＰ，Ａ) 特開平２−198130（ＪＰ，Ａ) 特開平４−196513（ＪＰ，Ａ) 特開平５−62871（ＪＰ，Ａ) 特開平３−179723（ＪＰ，Ａ) 特開平３−256317（ＪＰ，Ａ) 特開平１−170022（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】露光ビームに対して第１物体を第１方向
へ移動するのに同期して、投影系を通過した露光ビーム
に対して第２物体を第２方向へ移動することにより、前
記第２物体を走査露光する走査露光方法において、前記第２物体上の複数のショット領域のうちの一つのシ
ョット領域の走査露光終了後、次のショット領域に対す
る走査露光を開始する前から、前記投影系の光軸方向に
関する前記第２物体の位置に関する情報を、前記投影系
を通過した露光ビームの照射領域から離れた検出点で検
出することを特徴とする走査露光方法。
【請求項２】前記走査露光を開始する前の検出は、前
記第２物体が前記第２方向へ移動しているときに行われ
ることを特徴とする請求項１に記載の走査露光方法。
【請求項３】前記走査露光を開始する前の検出は、前
記第２物体が次のショット領域への露光のために前記第
２方向と交差する方向へ移動した後に行なわれることを
特徴とする請求項１又は２に記載の走査露光方法。
【請求項４】前記一つのショット領域の走査露光終了
後に、前記第２物体は前記第２方向に対して斜めに移動
することを特徴とする請求項１〜３に記載の走査露光方
法。
【請求項５】前記走査露光が終了したショット領域と
次のショット領域とは、前記第２方向と交差する方向に
並設されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか
一項に記載の走査露光方法。
【請求項６】前記投影系の光軸方向に関する前記第２
物体の位置情報の検出は、複数の検出点で行なわれるこ
とを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の走査
露光方法。
【請求項７】前記複数の検出点は、前記投影系を通過
した露光ビームの照射領域内の検出点を含むことを特徴
とする請求項６に記載の走査露光方法。
【請求項８】前記複数の検出点は、前記第２方向と交
差する方向に離れて配置されることを特徴とする請求項
６又は７に記載の走査露光方法。
【請求項９】前記複数の検出点は、前記第２方向に離
れて配置されることを特徴とする請求項６〜８の何れか
一項に記載の走査露光方法。
【請求項１０】請求項１〜９の何れか一項に記載の走
査露光方法を用いるデバイス製造方法。
【請求項１１】露光ビームに対して第１物体を移動す
るのに同期して、投影系を通過した露光ビームに対して
第２物体を移動することにより、前記第２物体を走査露
光する走査型露光装置において、前記走査露光のために前記第２物体を保持して移動する
ステージと、前記投影系を通過した露光ビームの照射領域から離れた
検出点で、前記ステージに保持された第２物体の移動中
に、前記投影系の光軸方向に関する前記第２物体の位置
に関する情報を検出する検出手段と、前記ステージに保持された第２物体の移動中に、前記投
影系の光軸とほぼ垂直な面内における前記ステージの位
置を計測する計測手段と、前記ステージに保持された第２物体の移動中に、前記検
出手段の検出結果を前記第２物体の移動方向に関する前
記ステージの位置と対応させて記憶する記憶手段と、を
有することを特徴とする走査型露光装置。
【請求項１２】前記検出手段は、前記第２物体の移動
方向と直交する方向に離された複数の検出点を有し、前記記憶手段は、前記検出手段の検出結果を、前記第２
物体の移動方向に関する前記ステージの位置および前記
第２物体の移動方向に直交する方向に関する前記複数の
検出点の位置に対応させて２次元的に記憶することを特
徴とする請求項１１に記載の走査型露光装置。
【請求項１３】前記記憶手段に記憶された情報に基づ
いて、前記第２物体と前記投影系の像面との位置関係を
調整する調整手段をさらに有することを特徴とする請求
項１１又は１２に記載の走査型露光装置。
【請求項１４】前記調整手段は、前記第２物体の移動
方向と交差する方向に関する前記第２物体の傾きを調整
することを特徴とする請求項１３に記載の走査型露光装
置。
【請求項１５】露光ビームに対して第１物体を移動す
るのに同期して、投影系を通過した露光ビームに対して
第２物体を移動することにより、前記第２物体を走査露
光する走査型露光装置において、前記走査露光のために前記第２物体を保持して移動する
ステージと、前記投影系を通過した露光ビームの照射領域から離れた
検出点で、前記ステージに保持された第２物体の移動中
に、前記投影系の光軸方向に関する前記第２物体の位置
情報を検出するとともに、その検出された位置情報を前
記ステージの位置を基準としてサンプリングする検出手
段と、を有することを特徴とする走査型露光装置。
【請求項１６】前記検出手段の検出結果に基づいて、
前記第２物体と前記投影系の像面との位置関係を調整す
る調整手段をさらに有することを特徴とする請求項１５
に記載の走査型露光装置。
【請求項１７】前記調整手段は、前記第２物体の移動
方向と交差する方向に関する傾き関係を調整することを
特徴とする請求項１６に記載の走査型露光装置。
【請求項１８】前記検出手段は、前記第２物体上の複
数のショット領域のうちの一つのショット領域の走査露
光終了後、次のショット領域に対する走査露光を開始す
る前から、前記サンプリングを開始することを特徴とす
る請求項１５〜１７の何れか一項に記載の走査型露光装
置。
【請求項１９】前記検出手段は、前記走査露光のため
の前記ステージの移動方向と交差する方向に離れた複数
の検出点を有することを特徴とする請求項１５に記載の
走査型露光装置。
【請求項２０】前記検出手段は、前記投影系を通過し
た露光ビームの照射領域内に前記検出点を有することを
特徴とする請求項１１〜１９の何れか一項に記載の走査
型露光装置。
【請求項２１】請求項１１〜１７の何れか一項に記載
の走査型露光装置を用いるデバイス製造方法。